Биоиндикация и биоремедиация антропогенно нарушенных

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
И.о. проректора-начальник
управления по научной работе
_______________________ Г.Ф. Ромашкина
__________ _____________ 2011 г.
БИОИНДИКАЦИЯ И БИОРЕМЕДИАЦИЯ АНТРОПОГЕННО
НАРУШЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 03.01.06 – Биотехнология (в том числе
бионанотехнология), очной и заочной форм обучения
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы _____________________________/О.Н. Жигилева/
«______»___________2011 г.
Рассмотрено на заседании кафедры экологии и генетики «___»________2011 протокол № ___
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 11 стр.
Зав. кафедрой ______________________________/И.В. Пак/
«______»___________ 2011 г.
Рассмотрено на заседании УМК отделения биологии Института математики, естественных
наук и информационных технологий «___»________2011 протокол № ___
Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК ________________________/Фролова О.В./
«______»_____________2011 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Нач. отдела аспирантуры
и докторантуры_____________М.Р. Сорокина
«______»_____________2011 г.
2011
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных технологий
Кафедра экологии и генетики
О.Н. Жигилева
БИОИНДИКАЦИЯ И БИОРЕМЕДИАЦИЯ АНТРОПОГЕННО
НАРУШЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 03.01.06 – Биотехнология (в том числе
бионанотехнология), очной и заочной форм обучения
Тюменский государственный университет
2011
Жигилева О.Н. Биоиндикация и биоремедиация антропогенно
нарушенных экосистем. Учебно-методический комплекс. Рабочая
программа для аспирантов специальности 03.01.06 – Биотехнология (в том
числе бионанотехнология), очной и заочной форм обучения. Тюмень, 2011,
11 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с ФГТ к структуре
основной профессиональной образовательной программы послевузовского
профессионального образования (аспирантура).
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ:
Биоиндикация и биоремедиация антропогенно нарушенных экосистем
[электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой экологии и генетики. Утверждено
и.о. проректора-начальника управления по научной работе Тюменского
государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР:
заведующий кафедрой экологии и генетики
Тюменского государственного университета,
д.б.н. Пак И. В.
© Тюменский государственный университет, 2011.
© Жигилева О.Н., 2011.
1. Пояснительная записка.
1.1. Цели и задачи дисциплины
Целью спецкурса является ознакомление аспирантов как с традиционными методами
и областями применения биоиндикаторов, так и с более современными, основанными на
новейших достижениях экологии и токсикологии. Особое внимание уделяется
биоиндикации в узком смысле, как оценке изменений окружающей среды, вызванных
антропогенными воздействиями. Рассматриваются основы биоремедиации как следствие
биоиндикации состояния окружающей среды. Подробно рассматриваются особенности
биоиндикации на разных уровнях организации живой материи. Особое место в программе
спецкурса отводится ознакомлению с новейшими разработками в области биоиндикации и
перспективными методами биотестирования.
Учебно-методический комплекс «Биоиндикация и биоремедиация антропогенно
нарушенных экосистем» паспорту специальности 03.01.06 – Биотехнология (в том числе
бионанотехнология).
Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Биоиндикация и биоремедиация антропогенно нарушенных
экосистем» относится к циклу «специальные дисциплины отрасли науки и научной
специальности».. Она логически и содержательно-методически взаимосвязана с
дисциплинами бакалавриата и магистратуры: Б.3. Профессионального цикла: базовой
(общепрофессиональной) частью: зоология, ботаника, микробиология, вирусология,
цитология, гистология, анатомия и физиология человека и животных, физиология
растений, биохимия и молекулярная биология, экология и рациональное
природопользование, науки о Земле, почвоведение, физика, химия. Для успешного
освоения дисциплины необходимы базовые знания по зоологии, ботанике,
микробиологии, вирусологии, цитологии, гистологии, физиологии человека и животных,
физиологии растений, биохимии, химии, наукам о Земле, почвоведении.
1.2. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
- приобретает новые знания и формирует суждения по научным, социальным и другим
проблемам, используя современные образовательные и информационные технологии;
- проявляет экологическую грамотность и использует базовые знания в области
биологии в жизненных ситуациях; понимает социальную значимость и умеет
прогнозировать последствия своей профессиональной деятельности, готов нести
ответственность за свои решения;
- демонстрирует базовые представления о разнообразии биологических объектов,
понимание значения биоразнообразия для устойчивости биосферы;
- использует методы наблюдения, описания, идентификации, классификации,
культивирования биологических объектов;
- понимает, излагает и критически анализирует получаемую информацию и
представляет результаты полевых и лабораторных биологических исследований.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать: основные понятия и виды биоиндикации, особенности растений,
животных, микроорганизмов как индикаторов; эколого-физиологогические основы
биоиндикации и биотестирования, перечень стандартных тест-объектов и требования к
ним; основные методы биоремидиации, методологию биогеохимической индикации;
особенности биоиндикации на разных уровнях организации живой природы (клеточном,
организменном, популяционном, биоценотическом); терминологию, методологию и
области применения ландшафтной индикации; современные области применения
биоиндикаторов.

Уметь: выбирать наиболее подходящие для решения практических задач
методы и объекты биоиндикации, тест-объекты и тест-функции, планировать
токсикологический эксперимент, статистически обрабатывать, анализировать и описывать
его результаты, давать рекомендации по установлению ПДК и других предельнодопустимых норм исходя из данных биотестирования, давать заключение об
экологическом состоянии объекта исследования.

Владеть: стандартными методиками биотестирования и биоремидиации.
2. Структура и трудоемкость дисциплины.
Семестр 5. Форма промежуточной аттестации – зачет.
дисциплины составляет 2 зачетных единицы 72 часа.
Общая трудоемкость
3. Тематический план.
Самостоятельная
работа
Семинарские
(практические)
занятия
Всего часов
Тема
Лекции
Виды учебной работы
и самостоятельная
работа, в час.
№
Из них в интерактивной
форме
Таблица 1.
1.
Основы биоиндикации
8
2
6
2.
Основы биоремидиации
9
2
7
2
3.
8
1
2
5
2
8
1
2
5
2
8
1
2
5
2
6.
Биоиндикация на уровне
биохимических и физиологических
реакций
Биоиндикация на организменном
уровне
Биоиндикация на популяционном
уровне
Биоиндикация на уровне биоценозов
8
1
1
6
7.
Ландшафтная индикация
7
1
1
5
8.
Направления ландшафтной
индикации
Современные области применения
биоиндикаторов
8
1
1
6
8
2
1
5
2
72
12
4
10
8
50
12
12
4.
5.
9.
Итого:
Из них часов в интерактивной форме
2
Формы
контроля
Устный опрос:
собеседование
Устный опрос:
собеседование
Ответ на
семинаре
Ответ на
семинаре
Ответ на
семинаре
Ответ на
семинаре
Ответ на
семинаре
Ответ на
семинаре
Реферативная
работа
Зачет
Таблица 2.
Планирование самостоятельной работы аспирантов
№
темы
1.
Основы биоиндикации
2.
Основы биоремидиации
Биоиндикация на уровне
биохимических и
физиологических реакций
4. Биоиндикация на
организменном уровне
5. Биоиндикация на
популяционном уровне
6. Биоиндикация на уровне
биоценозов
7. Ландшафтная индикация
3.
Направления
ландшафтной индикации
9. Современные области
применения
биоиндикаторов
8.
Виды СРС
обязательные
Объем
часов
дополнительные
Изучение отдельных тем
(собеседование).
Изучение отдельных тем
(собеседование).
Чтение литературы
6
Чтение литературы
7
Изучение отдельных тем (ответы на
семинарах).
Чтение литературы
5
Изучение отдельных тем (ответы на
семинарах).
Чтение литературы
5
Изучение отдельных тем (ответы на
семинарах).
Чтение литературы
5
Изучение отдельных тем (ответы на
семинарах).
Чтение литературы
6
Изучение отдельных тем (ответы на
семинарах).
Изучение отдельных тем (ответы на
семинарах).
Чтение литературы
5
Чтение литературы
6
Выполнение индивидуальных
заданий (рефератов).
Чтение литературы
5
ИТОГО:
50
4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
1.
2.
Наименование
обеспечиваемых
(последующих)
дисциплин
Темы
дисциплины
необходимые
для
обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Фитобиотехнология
Теоретические и
прикладные
аспекты
биотехнологии
+
+
+
+
+
+
изучения
8.
9.
+
5. Содержание дисциплины.
1. Основы биоиндикации
Недостаточность физико-химических методов для оценки Среды. Понятие
биоиндикации в широком и узком смысле. История биоиндикации. Биоиндикаторы.
Особенности растений, животных, микроорганизмов как индикаторов. Экологические
основы биоиндикации. Виды и типы биоиндикации. Методы биоиндикации: активный и
пассивный мониторинг. Биотестирование и решаемые с его помощью задачи.
2. Основы биоремидеации
Понятие биоремидиации. Виды и формы биоремидиации. Основы биоремидиации.
Кумуляция загрязняющих веществ. Биомагнификация. Биодеградация. Неполная
дегродация. Биоремидиация различных сред: вода, почва, воздух. Организмы,
использующиеся при биремидеации. Фиторемидеация. Биоплато: инфильтрационное и
поверхностное.
3. Биоиндикации на уровне биохимических и физиологических реакций.
Закономерности биоиндикации на разных уровнях организации живой природы.
Применение биологических процессов и биохимических параметров как индикаторов
(обмен веществ, состав и активность ферментов, энергетический балланс, пигменты,
фотосинтез, биомембраны, фитогормоны, химический состав клетки, биоэлектрическая
активность ЦНС).
4. Биоиндикации на организменном уровне.
Использование в качестве индикаторов анатомо-морфологических структур
растений, животных, изменений биоритмов животных и растений. Биоиндикация по
поведенческим признакам.
5. Биоиндикации на популяционном уровне.
Влияние антропогенных стрессоров на динамику и распространение растительных
популяций. Формы применения популяций животных для биоиндикации. Применение
микробиологических параметров как индикаторов загрязнения почв. Вирусы как
потенциальные биоиндикаторы.
6. Биоиндикации на уровне биоценозов.
Параметры структуры фито- и зооценозов (доминирование, видовое разнообразие,
ритм продуктивности), как индикаторы антропогенного влияния.
7. Ландшафтная индикация
Особенности биоиндикации на ландшафтном уровне. Применение шкалы
гемеробности (Blume, Sukopp) для оценки состояния наземных ландшафтов и шкалы
сапробности для оценки состояния водоемов. Определение степени достоверности
индикатора. Эколого-генетические ряды биоценозов и циклические комплексы как
индикаторы процессов.
8. Области применения биоиндикации
Направления ландшафтной индикации. Традиционные области применения.
Агроиндикация: педоиндикация, галоиндикация, гидроиндикация. Литоиндикация и
индикация полезных ископаемых. Геокриологическая индикация. Индикация процессов и
предсказание стихийных бедствий. Прогноз погоды. Ландшафтное планирование и
обустройство.
9. Современные области применения биоиндикаторов.
Контроль состояния окружающей среды. Биоиндикация загрязнений воздуха, почв,
водоемов. Биоиндикация в целях охраны природы. БИОСОТ, биосенсоры, токс-киты.
6. Планы семинарских (практических) занятий.
Тема 3. Биоиндикация на уровне биохимических и физиологических реакций.
Вопросы:
1. Обмен веществ организма как индикатор загрязнения среды.
2. Состав и активность ферментов в организме как индикатор загрязнения среды.
3. Процесс фотосинтеза как индикатор загрязнения среды.
4. Биоэлектрическая активность ЦНС как индикатор загрязнения среды.
5. Перечислите физиологические индикаторы стресса у животных (растений).
Тема 4. Биоиндикация на организменном уровне.
Вопросы:
1. Использование в качестве индикаторов анатомо-морфологических структур
растений и животных.
2. Использование в качестве индикаторов изменений биоритмов животных и
растений.
3. Биоиндикация по поведенческим признакам.
Тема 5. Биоиндикация на популяционном уровне.
Вопросы:
1. Какой индикаторный вид лучше подходит для количественной оценки накопления
тяжелых металлов? Радионуклидов? Пестицидов?
Тема 6. Биоиндикация на уровне биоценозов.
Вопросы:
1. Параметры структуры фито- и зооценозов (доминирование, видовое разнообразие,
ритм продуктивности), как индикаторы антропогенного влияния.
Тема 7. Ландшафтная индикация
Вопросы:
1. Что такое индикат и индикатор?
2. Как оценить достоверность и значимость ландшафтного индикатора?
3. Почему растения используются в ландшафтной индикации чаще, чем животные?
Тема 8. Направления ландшафтной индикации.
Вопросы:
1. Какая экологическая группа растений используется в качестве индикаторной при
оценке засоления почв? Оценке свойств и глубины залегания грунтовых вод?
2. Перечислите индикаторы полисапробной зоны (мезосапробной зоны).
3. Какую степень гемеробности Вы бы присвоили сельскому ландшафту, где
произрастают смешанные агрокультуры с сорняками? Лесу, где ведется выпас скота,
охота и сбор растительного сырья?
7. Примерная тематика контрольных работ.
1. Кресс-салат как стандартная тест-система.
2. Использование ранних стадий онтогенеза рыб для тестирования сточных вод,
содержащих орто-крезол.
3. Использование метода перекисного окисления липидов для биотестирования вод.
4. Метод оценки токсичности и мутагенности сточных вод по реакциям штамма 15ВП4 дрожжей сахаромицетов.
5. Метод биотестирования вод по уровню двигательной активности инфузорий.
6. Метод биотестирования вод по смене статичного состояния на динамичное у
медицинской пиявки.
8. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины.
Тема 9. Современные области применения биоиндикаторов.
Темы рефератов:
1. Человек как объект биологического мониторинга
2. Флуктуирующая асимметрия – показатель стабильности развития организмов и
качества среды их обитания
3. Биохимические тест-системы и перспективы их использования для нормирования
загрязнения окружающей среды
4. Морфофизиологические индикаторы состояния популяций животных
5. Величина внутрипопуляционной изменчивости как индикатор состояния
популяции
6. Эколого-генетический мониторинг состояния среды обитания
7. Генетические тест-системы для оценки мутагенности и канцерогенности
компонентов среды
8. Фито- и лихеноиндикация загрязнения атмосферного воздуха
9. Механизмы адаптации живых организмов к токсическим веществам
10. Стресс-реакция - универсальный ответ биологических систем на экстремальные
условия
11. Автоматизированные системы наблюдения и контроля загрязнений
12. Экологические группы гидробионтов в оценке состояния водных экосистем
13. Совершенствование системы оценки сапробности водоемов
14. Биоиндикация состояния городской среды
15. Новые объекты и методы биоиндикационных исследований
16. Яды, их классификация, механизмы токсического действия
17. Биоиндикация радиоактивного загрязнения территорий
18. Биоиндикаторы и прогноз погоды, стихийных бедствий, глобального изменения
климата.
9. Образовательные технологии.
Мультимедийные средства обучения (компьютерные презентации по всем темам),
проблемные и исследовательские методы (на семинарах), встречи с сотрудниками
Института проблем освоения Севера, мастер-классы специалистов. Интерактивные
формы: заслушивание и обсуждение докладов и презентаций по реферативным работам в
форме конференции.
10. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
10.1. Основная литература:
1. Ашихмина Т.Я. и др. Биоиндикация и биотестирование – методы познания
экологического состояния окружающей среды. Киров: РПС, 2005. 164 с.
2. Биотестовый анализ – интегральный метод оценки качества объектов
окружающей среды / А.Г.Бубнов и др. / Под ред. В.И.Гриневича. Иваново, 2007. 112 с.
3. Егорова Е.И. Биотестирование и биоиндикация окружающей среды: Учеб.
пособие. Обнинск: ИАТЭ, 2000. 84 с.
4. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. Л.:
Гидрометеоиздат, 2007. 190 с.
5. Латенков В.П., Скипин Л.Н. Основы токсикологии для безопасности жизни и
деятельности. Тюмень: ТюмГУ, 2003.
6. Мелехова О.П. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и
биотестирование. М.: Академия, 2007. 288 с.
7. Мелехова О.П., Сарапульцева Е.И. Биологический контроль окружающей среды:
биоиндикация и биотестирование. М.: Академия, 2010. 288 с.
10.2. Дополнительная литература:
1. Ашихмина Т.Я. Экологический мониторинг. М.: Академический проект, 2005.
416 с.
2. Багдасарян А.С. Эффективность использования тест-систем при оценке
токсичность природных сред // Экология и промышленность России. 2007. № 2. С. 44-48.
3. Безель В.С. Популяционная экотоксикология млекопитающих. М.: Наука, 1987.
128 с.
4. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Под ред. Д.А. Криволуцкого.
М.: Мир, 1988.
5. Биоиндикация и биомониторинг. М.: Наука, 1991. 288 с.
6. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Под ред. Р. Шуберта. М.: Мир,
1988. 350 с.
7. Биологические методы оценки природной среды. М.: Наука, 1978. 280 с.
8. Биоиндикация в городах и пригородных зонах. М.: Наука, 1993. 122 с.
9. Биотестирование природных и сточных вод. М., 1981.
10. Брагинский Л,П., Комаровский Р.Я, Мережко Д.И. Персистентные пестициды в
экологии пресных вод. Киев: Наукова Думка, 1979.
11. Бурдин К.С. Основы биологического мониторинга. М.: Изд-во МГУ, 1985. 158 с.
12. Виноградов Б. В. Растительные индикаторы и их использование при изучении
природных ресурсов. М.: Высшая школа, 1964. 328 с.
13. Викторов С. В. Использование аэроландшафтно-индикационных методов при
поисках вод для пастбищ пустынь, полупустынь и степей. М.: ВИЭМС, 1972. 35 с.
14. Викторов С. В., Ремезова Г. Л. Индикационная геоботаника. М.:Изд-во МГУ,
1988. 168 с.
15. Викторов С. В., Чикишев А. Г. Ландшафтная индикация. М.:Наука, 1985. 96 с.
16. Викторов С. В., Чикишев А. Г. Ландшафтная индикация и ее практическое
применение. М.: Изд-во МГУ, 1990. 200 С.
17. Груздева Л.П. Биотестирование токсичности почв в радиусе действия
техногенных выбросов металлургического комбината // Земледелие. 2008. № 4. С. 16-17.
18. Загрязнение воздуха и жизнь растений. Под ред. М. Трешоу. Л.:
Гидрометеоиздат, 1988. 536 с.
19. Коган Ю.С. Общая токсикология пестицидов. Киев: Здоровья, 1981.
20. Копанев В. А., Гинзбург Э. Х., Семенова В. Н. Метод вероятностной оценки
токсического эффекта. Новосибирск: Наука, 1988. 128 с.
21. Котова Л. И., Рыжков Л. П., Полина А. В. Биологический контроль качества вод.
М.: Наука, 1989. 144 с.
22. Криволуцкий Д.А. Биоиндикация и биомониторинг. М.: Наука, 1991. 298 с.
23. Криволуцкий Д. А. Индикационная зоология // Природа. 1985. № 7. С. 86- 91.
24. Мелехова О.П. Биологические эффекты при воздействии поверхностно-активных
веществ на организмы. М.: МАКС-Пресс, 2001. 344 с.
25. Методы биотестирования вод. Черноголовка, 1988. 128 с.
26. Мэннинг У. Д., Федер У. А. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью
растений. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 144 с.
27. Полякова А. Биоиндикаторы и методы биоиндикации загрязнения среды //
Экологический вестник России. 2002. № 11. С. 49–60.
28. Проблемы загрязнения окружающей среды и токсикологии. М.: Мир, 1993.
29. Симаков Ю. Г. Живые приборы. М.: Знание, 1986. 176 с.
30. Трахтенберг И.М., Сова Р.Е., Шефтель В.О., Оникиенко Ф.А. и др. Проблема
нормы в токсикологии (современные представления и методические подходы, основные
параметры и константы). М.: Медицина, 1991. 208 с.
31. Филенко О.Ф. Биологические методы в контроле качества окружающей среды //
Экологические системы и приборы. 2007. № 6. С. 18–20.
32. Филенко О.Ф., Дмитриева А.Г. Биотестирование как способ контроля
токсичности загрязняемой водной среды // Приборы и системы управления. 1999. № 1. С.
14–17.
33. Филиппова О.Е., Филиппова Е.Н. Биоиндикация как эффективный метод
экомониторинга городских ландшафтов // Проблемы и перспективы современной науки.
2009. № 6. С. 24–27.
34. Флеров Б. А. Эколого-физиологические аспекты токсикологии пресноводных
животных. Л.: Наука, 1989. 144 с.
35. Черненькова Т.В. Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение.
М.: Наука, 2002. 191 с.
10.3. Интернет – ресурсы:
1. http://bioassay.narod.ru/biotest/biot.html
2. http://fadr.msu.ru/~letap/biotesting.html
3. http://www.ecoguild.ru/forum/viewtopic.php?p=273
4. http://forum.integral.ru/viewtopic.php?f=34&t=10281
5. http://www.complexdoc.ru/ntdtext/541963/5
6. http://www.isuct.ru/testlib/system/files/pe_28012008.pdf
7. http://www.ecosystema.ru/07referats/mon_biota/mon_biota.htm
9. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.
Дисциплина обеспечена компьютерными презентациями, составленными автором,
видеофильмами. На факультете имеется для проведения занятий 3 мультимедийные
аудитории, специализированные лаборатории, компьютерный класс.